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Evaluación de Efectos Potencialmente Adversos de los OVM Resistentes a Insectos Sobre la Entomofauna Nativa Asociada al Maíz y Algodón José Santisteban C., Ph.D Entomólogo Lima, 23 de Abril, 2013

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Evaluación de Efectos

Potencialmente Adversos de los OVM

Resistentes a Insectos Sobre la

Entomofauna Nativa Asociada al

Maíz y Algodón

José Santisteban C., Ph.D

Entomólogo

Lima, 23 de Abril, 2013

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Contenido

1. Introducción

2. Antecedentes

OVM resistentes a insectos, cult ivos y

enfomofauna nativa

3. Metodología

4. Principales Resultados

5. Recomendaciones

OVM resistentes a insectos y entomofauna nativa

Lima , Abril 2013 J. Santisteban

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1. Introduction

OVM resistentes a insectos y entomofauna nativa

Lima , Abril 2013

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• La agricultura representa una de las bases más

importantes para el sostenimiento de la

sociedad y la seguridad alimentaria.

• Producción de OVM para conferir resistencia

contra insectos plaga es una nueva tecnología

de gran interés para la agricultura, pero también

podría ser causa de posibles efectos no

deseados al ambiente y a los seres humanos.

OVM resistentes a insectos y entomofauna nativa

Lima , Abril 2013

Agricultura & OVM

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• Son espacios modif icados por el ser humano donde

se desarrollan las act ividades agrícolas y, de manera

similar a los ecosistemas naturales, incluyen

componentes biót icos y procesos asociados que

podrían ser susceptibles de afectación por el uso no

controlado de OVM.

• Dentro de los componentes del agroecosistema se

encuentran los insectos nat ivos “ no objet ivo” de las

tecnologías de cult ivos transgénicos.

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Introducción

Agroecosistemas

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• Resultan de la incorporación de genes provenientes

de la bacteria Bacillus thuringiensis Berliner y

similares, a los que se les ha conferido, mediante

transgénesis, la capacidad de expresar proteínas

con característ icas insect icidas (endotoxinas).

• Las plantas así modif icadas adquieren protección

contra determinados insectos plaga mediante la

expresión de las toxinas Bt .

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Introducción

Cultivos Bt

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• Esta constituida por insectos terrestres de gran

importancia para el agroecosistema local y los

cult ivos que soporta.

• Incluye los llamados “ insectos benéficos " y/o

“ enemigos naturales” que comprenden una gama

de grupos taxonómicos, tróf icos o funcionales,

entre los que se cuentan los predadores, los

parasitoides, y los polinizadores.

• Esta fauna nativa es propia de cada lugar.

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Introducción

Entomofauna nativa “no objetivo”

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• Realizar una evaluación de los efectos posibles

conocidos del uso de OVM resistentes a insectos

plaga sobre la entomofauna nativa asociada con los

cult ivos de algodón y maíz.

• Hacer una revisión de la información a nivel nacional

y global de los efectos potenciales del uso de OVM

resistentes a insectos sobre la entomofauna nativa,

e incorporarla en una base de datos ligada a

especies para la fauna asociada a cult ivos de

algodón y maíz.

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Introducción

Objetivos de la Consultoría

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• Hacer la recopilación y sistematización de los

registros de especies nat ivas de insectos asociadas

con los cult ivos de algodón y maíz en el Perú, y en

especial de aquellas especies benéficas o

consideradas enemigos naturales, por región

productiva y por cult ivo.

• Realizar evaluaciones en campo de las comunidades

de insectos no objet ivo asociadas a los cult ivos de

maíz y algodón, en part icular insectos f itófagos y

enemigos naturales.

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Introducción

Objetivos de la Consultoría (Cont.)

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CDI-WUR Refresher Course, Lima Nov. 2012 J. Santisteban

xxx

ASC, 1995

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2. Antecedentes

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• Bacteria gram posit iva en forma de bastón, capaz

de formar endosporas durante la fase estacionaria

de su ciclo de vida que pueden mantenerse latentes

por largos períodos.

• Aunque se suele mencionar que la bacteria se

encuentra preferentemente en el suelo, al parecer su

ubicación podría ser más amplia (ILSI, 2012).

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Antecedentes

Bacillus thuringiensis

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Antecedentes

Bacillus thuringiensis (Cont.)

ww

w.v

isua

lpho

tos.

com

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• Las esporas contienen cristales que incluyen una o

más proteínas Cry o Cyt , también conocidas como

δ-endotoxinas, que t ienen una potente act ividad

insect icida específ ica.

• Diferentes cepas de Bt producen diferentes t ipos de

toxinas cada una de las cuales afecta a un grupo

taxonómicamente restringido de insectos.

• Las δ-endotoxinas Cry inicialmente fueron

organizadas en 4 grupos: Cry I (Lepidoptera), Cry II

(Lepidoptera y Diptera), Cry III (Coleoptera), y Cry

IV (Diptera) (ILSI, 2012).

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Antecedentes

Bacillus thuringiensis (Cont.)

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• Las toxinas Bt inducen la muerte celular por

formación de poros iónicos después de la inserción

en la membrana de la célula, causando la lisis

osmótica de las células epiteliales del intest ino

medio del insecto.

• Una segundo posible mecanismo, recientemente

propuesto, involucra la act ivación de una cascada

metabólica dependiente del Mg2+ , con un efecto de

derribamiento (Knock-on effect) que inicia una serie

de eventos citológicos que incluyen la aparición de

bultos irregulares en la membrana celular y el

hinchamiento de la célula seguido por la lisis celular

(George & Crickmore, 2012). OVM resistentes a insectos y entomofauna nativa

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Antecedentes

Bacillus thuringiensis (Cont.)

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Antecedentes

Bacillus thuringiensis (Cont.)

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• Bacillus thuringiensis en notoriamente no tóxico

para los seres humanos y, en cierta medida, se

considera no tóxico a aquellos componentes de la

fauna de insectos no objet ivo.

• Existen registradas más de 400 formulaciones de Bt

que, en su mayoría, contienen proteínas y esporas

viables. Estos productos son aplicados de manera

directa.

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Antecedentes

Bacillus thuringiensis (Cont.)

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• Bacillus thuringiensis en notoriamente no tóxico

para los seres humanos y, en cierta medida, se

considera no tóxico a aquellos componentes de la

fauna de insectos no objet ivo.

• Existen registradas más de 400 formulaciones de Bt

que, en su mayoría, contienen proteínas y esporas

viables. Estos productos son aplicados de manera

directa.

OVM resistentes a insectos y entomofauna nativa

Lima , Abril 2013

Antecedentes

Bacillus thuringiensis (Cont.)

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OVM resistentes a insectos y entomofauna nativa

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Antecedentes Cultivos Bt

Cultivo Gen Bt Plaga Objetivo Referencias

Cry1Ab Heliothis zea Koziel et al. (1993), Armstrong et al.

(1995)

Cry1Ac Pectinophora gossippiella Buschman et al. (1998)

Cry3A Leptinotarsa decemlineata Perlak et al. (1993)

Cry1Ab Phthorimaea operculella Duck and Evola (1997)

Cry1Ac Phthorimaea operculella Ebora et al. (1994)

Cry5 Phthorimaea operculella Douches et al. (2004)

Cry1Ac Heliocoverpa spp. Perlak et al. (1990), Jenkins et al. (1997)

Cry1Ab Pectinophora gossypiella Wilson et al. (1992), Benedict et al.

(1996).

Vip3Aa Lepidópteros Artim (2003)

Tomate Cry1Ab Manduca sexta Delannay et al. (1989) p

Cry1Ab Leucinodes orbonalis Kumar et al. (1998)

Cry3B Leucinodes orbonalis Iannacone et al. (1997)

Garbanzo Cry1Ac Helicoverpa armigera Kar et al. (1997)

Caña de azúcar Cry1Ab Diatraea saccharalis Arencibia et al. (1997)

Cry1Ab Scirpophaga incertulas, Chilo

suppressalis

Datta et al. (1998), Shu et al. (2000), Ye et

al. (2001) o

Cry1Ac Scirpophaga incertulas Nayak et al. (1997)

Cry2A-1Ac-gna Sitophilus oryzae, Dicladispa

armigeraMaqbool et al. (2001), Loc et al. (2002)

Cry1B -1Aa Scirpophaga incertulas Raina et al. (2002)

Cry1Ac – 2A Scirpophaga incertulas,

Cnephalocrosis medinalisBashir et al. (2004)

Maíz

Papa

Algodón

Arroz

Berenjema

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• La f ibra del algodón es una de las más importantes

en el mercado text il y la base de una gran industria.

• Sin embargo, la part icipación en la economía global

es menor al 1% del PBI total.

• La producción mundial de algodón estimada a

diciembre de 2012 fue de 124,3 millones de tm:

China (33,1) , India (27,5) fueron los mayores

productores, Brasil (8,7) y Argentina (1,0).

• Producción para Perú: 63,758 tm (2010) y 122,047

(2011) (MINAG, 2012).

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Antecedentes

Cultivo de algodón

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• Cult ivo ancestral originario de Sudamérica, llevado a

todo el mundo: uno de los 3 más importantes para

la alimentación mundial

• La producción mundial de maíz estimada a

diciembre de 2012 fue de 881,75 millones de tm,

para América Latina: Brasil (73,0) y Argentina

(21,0).

• Producción para Perú en forma de maíz amarillo

duro, maíz amiláceo y choclo.

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Antecedentes

Cultivo de maíz

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• El conocimiento de la entomofauna asociada a estos

cult ivos es muy desigual a lo largo del territorio

nacional donde se siembran las diversas variedades

de estos cult ivos.

• Esto es resultado del interés que han tenido estos

cult ivos y de su distribución histórica.

• En el caso del algodón mucha de la información

sobre la entomofauna se generó a part ir de trabajos

realizados en la Costa Norte (Piura y Lambayeque) y

en la Costa Central (Cañete a Ica).

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Antecedentes

Entomofauna nativa en maíz y algodón

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• En el caso del maíz, grupos de investigadores, en

mayor o menor grado, estudiaron la fauna de

insectos asociada a este cult ivo en las regiones de

la Costa Central (Estaciones Experimentales de La

Molina y Cañete, y Universidad Nacional Agraria La

Molina), Sierra Central (Estación Experimental de

Santa Ana y Huancayo), y en el Cusco (Universidad

UNSAAC).

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Antecedentes

Entomofauna nativa en maíz y algodón

(Cont.)

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• La distribución de los estudios ref leja la de los

investigadores interesados en estos cult ivos.

• Muchos trabajos han estado enfocados a aspectos

de control y manejo de las plagas de insectos, y de

la aplicación de los principios del Manejo Integrado

de Plagas.

• El enfoque fue en las especies plaga y en los

llamados " enemigos naturales primarios" que

incluyen a especies predadoras y parasitoides

consideradas más importantes para el cult ivo y/o las

plagas de mayor preocupación.

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Antecedentes

Entomofauna nativa en maíz y algodón

(Cont.)

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• La mayoría de estudios se formularon bajo diseños

experimentales rígidos e incluyeron la aplicación de

tratamientos de control, o ensayos de toxicidad,

resistencia, ef iciencia o estudios de historia natural

asociados.

• Pocos enfocaron el análisis de los insectos

asociados con estos cult ivos desde el punto de

vista de la comunidad y el agroecosistema.

• Estos enfoques se han venido desarrollando de

manera más incremental en años recientes.

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Antecedentes

Entomofauna nativa en maíz y algodón

(Cont.)

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xxx

ASC, 1995

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3. Metodología

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Búsqueda y recopilación de información

• Búsqueda exhaustiva, recopilación y revisión de la

información relevante , con enfoque en

publicaciones académicas primarias (publicaciones

completas).

• Información se ha referido al listado de eventos

conocidos para cada uno de los dos cult ivos a

través del Sistema de Información Sobre

Bioseguridad (BCH).

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Metodología

Metodología de trabajo

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Búsqueda y recopilación de información (Cont.)

• Los trabajos sobre posibles efectos de los OVM t ipo

Bt sobre la entomofauna nativa han sido

clasif icados en tres t ipos principales:

1) estudios de laboratorio,

2) estudios en condiciones conf inadas

(invernaderos, otros) ,

3) estudios de campo.

• Solo se han incluido 2 y 3, no se han incluido

estudios con dietas art if iciales.

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Metodología

Metodología de trabajo

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Sistematización y construcción de la base de datos

• Se ha tenido en consideración las recomendaciones

para el registro e intercambio de información sobre

biodiversidad y la validación de la autoridad

taxonómica (TDWG, CBD).

• Campos clave:

a) nombre de la especie no objetivo o del grupo

taxonómico no objetivo más inclusivo considerado en el

estudio original,

b) evento transgénico asociado con cada registro,

c) localidad donde se ha hecho los registros, ensayos o

evaluaciones. OVM resistentes a insectos y entomofauna nativa

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Metodología

Metodología de trabajo

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Sistematización y construcción de la base de datos

• No se ha incluido registros de especies de la

entomofauna nativa reportadas solo a part ir de nombres

comunes, a menos que sea específ ico: " gusano rosado

de la India" para Pectinophora gossypiella (Lepidoptera:

Gelechiidae).

• “ Gusanos cortadores” puede referirse a varias especies

de Noctuidae (Lepidoptera), estos registros no se han

incluido.

• No se ha intentado hacer un juicio sobre la cert idumbre

taxonómica de las especies reportadas, pero se ha

actualizado los nombres taxonómicos.

• Los reportes de especies han sido cotejados con el

listado oficial de plagas cuarentenarias no presentes en

el Perú.

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Metodología

Metodología de trabajo

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Trabajo de campo

• Se realizaron evaluaciones en campo en las

localidades de Cañete y Huaral.

• La dinámica de las poblaciones de insectos plaga y

benéficos en el maíz, y en la periferia de los

mismos, está sujeta a la estacionalidad y la

fenología del cult ivo, así como a las labores

agrícolas asociadas.

• Evaluaciones de campo deben considerarse

únicamente como referenciales:

dentro del campo de cult ivo asociados con la planta,

en los alrededores del campo de cult ivo.

OVM resistentes a insectos y entomofauna nativa

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Metodología

Metodología de trabajo

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OVM resistentes a insectos y entomofauna nativa

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Metodología

Trampa de caída

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Metodología

Trampa de Malaise y trampa de bandeja

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OVM resistentes a insectos y entomofauna nativa

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Metodología

Área de muestreo: Chancayllo (Huaral)

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Metodología

Área de muestreo: Cañete

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Efectos potenciales sobre la fauna nativa

• Perspectivas:

1. Estructura y dinámica de comunidades o de

poblaciones, en los casos de una o pocas

especies no objet ivo

2. Grupos funcionales def inidos por su ubicación

dentro de la arquitectura vert ical del cult ivo

(subsuelo, suelo, dosel, insectos voladores), o

por grupo tróf ico o funcional (predadores,

parasitoides, herbívoros polinizadores).

OVM resistentes a insectos y entomofauna nativa

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Metodología

Metodología de trabajo

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Efectos potenciales sobre la fauna nativa

• Efectos:

1. Sobre la riqueza y abundancia de insectos no-

objet ivo por grupo taxonómico.

2. Sobre grupos funcionales de insectos.

3. Sobre la f isiología y reproducción de especies

no-objet ivo (solo si a part ir de estudios de

campo o de condiciones conf inadas).

OVM resistentes a insectos y entomofauna nativa

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Metodología

Metodología de trabajo

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Análisis y síntesis: categorización de efectos

• Incluye la naturaleza de los OVM, la estructura

taxonómica y los grupos taxonómicos no objet ivo

más frecuentemente empleados, los parámetros

comunitarios o poblacionales considerados, y los

resultados encontrados por especie, grupo

taxonómico o funcional en estudio.

OVM resistentes a insectos y entomofauna nativa

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Metodología

Metodología de trabajo

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Priorización

• Diversidad (riqueza de especies) de los grupos.

• Estado del conocimiento (taxonomía y ecología) de los

grupos de insectos.

• Importancia para el cult ivo como plagas secundarias o

enemigos naturales.

• Uso de los grupos en los estudios sobre efectos de OVM

para estos dos cult ivos.

• Facilidad de muestreo, preservación, estudio y

determinación.

OVM resistentes a insectos y entomofauna nativa

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Metodología

Metodología de trabajo

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• Los grupos de artrópodos considerados dentro de la

entomofauna nativa comprenden solamente a los

insectos o hexápodos (sensu Zhang, 2011).

• Los cult ivos transgénicos de interés son únicamente

OVM t ipo Bt .

• No se ha considerado (por ahora) reportes

preparados por compañías biotecnológicas o

similares con autoría corporat iva.

• No se han incluido documentos disponibles en la

Web de naturaleza no académica, o que

evidentemente no cuentan con un sistema de

revisión por pares.

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Lima , Abril 2013

Metodología

Limitaciones

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• La literatura nacional referida a registros de especies

de importancia económica o aplicada a la

agricultura es muy imprecisa espacialmente y

(muchas veces) está referida a ubicaciones

relat ivamente amplias, como por ejemplo " parte

baja del valle de Cañete" . No hay

georreferenciación ó es limitada.

• Pocos registros (especialmente > año 2000)

incluyen coordenadas geográf icas (o UTM).

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Metodología

Limitaciones (Cont.)

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CDI-WUR Refresher Course, Lima Nov. 2012 J. Santisteban

xxx

ASC, 1995

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4. Resultados

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Resultados

Entomofauna nativa

• La BD incluye un total de 1101 registros de insectos

asociados a los cult ivos de interés a Diciembre de 2012,

de los cuales 703 corresponden a algodón y 398 a maíz.

• Estos registros

corresponden a un

total de 97 familias

de insectos y un total

de 357 géneros

diferentes.

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Entomofauna nativa

• La distribución geográfica de

los diferentes registros de

especies de la entomofauna

nativa, incluyen registros de

al menos 15 departamentos

o regiones.

• También podría interpretarse

como un reflejo de la mayor

o menor actividad de los

grupos de investigadores.

Departamento Algodón Maíz

Amazonas 1 5

Ancash 19 2

Arequipa 2

Cajamarca 2 8

Cusco 131

Huancavelica 1

Huánuco 1

Huaraz 2

Ica 33 10

Junín 1 29

La Libertad 2 8

Lambayeque 25 24

Lima 81 35

Loreto 1 1

Piura 42 7

Tacna 1 1

Tumbes 4 1

Sin ubicación 487 134

Resultados

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Entomofauna nativa: grupos tróficos

• Mayor incidencia sobre

insectos plaga en maíz.

• Un apreciable número de

registros no indican el grupo

funcional o función trófica

de las especies.

Cultivo Algodón Maíz

Plaga 128 180

Predador 165 31

Parasitoide 175 11

Sin definición 235 177

Resultados

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• En términos

taxonómicos se han

encontrado un total de

11 órdenes de insectos

no objetivo incluidos en

las evaluaciones

revisadas.

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Grupos taxonómicos y especies

empleados en los estudios

Orden Familias Géneros

COLEOPTERA 22 105

COLLEMBOLA 13 33

DERMAPTERA 1 1

DIPTERA 18 1

HEMIPTERA 10 18

HYMENOPTERA 19 6

LEPIDOPTERA 3 3

NEUROPTERA 2 2

ORTHOPTERA 1 1

PSOCOPTERA 1 1

THYSANOPTERA 2 2

Resultados

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Ubicación geográfica de los estudios y

afiliación

• Los estudios se distribuyen en nueve países de los cuales

los EEUU comprenden el mayor número de registros en la

base de datos.

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

%

Resultados

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Ubicación geográfica de los estudios y

afiliación

Resultados

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Ubicación geográfica de los estudios y

afiliación

• Al menos 25 inst ituciones albergan a los

investigadores principales (o al menos los

investigadores que aparecen primero en la lista de

autores). De estas, al menos cinco corresponden a

ent idades de investigación o dependencias

gubernamentales, dos corresponden a compañías

de Biotecnología (Monsanto y Syngenta), y el resto

a universidades.

Resultados

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OVM y eventos más estudiados

OVM

DKC6575 Monsanto, R33P67 Pioneer, Compa CB Syngenta

Pioneer 34M95

Compa CB, Syngenta

YieldGard Rootworm

Pioneer var. 38A25

GSS0966

DKc 307

GM 7590-Bt11 & Avant-ICP4

N4640Bt

NK3030Bt, NK7070Bt, 38G17, 34R07, Maximizer 21, 2249

Ostrinia-resistant MON810, Diabrotica-resistant MON88017

Stacked Bt corn

Resultados

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Métodos de evaluación de insectos, duración de

los estudios, parámetros y variables

• “ Emergence traps” , “ pan traps“ , “ Pherocon AM yellow

sticky traps” , “ pitfall traps” , “ lit terbags” , “ Berlese" o

" Tullgren” .

• La duración de los estudios normalmente sigue la

fenología de los cult ivos , en la mayoría de casos,

incorpora 1-2 campañas anuales (algunos 6-7 años).

• Parámetros estudiados: abundancia de los insectos por

especie y/o grupo funcional o trófico, riqueza de especies

y los índices de diversidad, niveles de parasitoidismo o

porcentajes de infestación de estadios inmaduros o

índices de contenido de toxinas Bt .

Resultados

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Principales efectos detectados

• Mayor abundancia en campo Bt en una campaña y no otra.

• Mayor abundancia en campo no Bt en una campaña y no otra.

• No hay diferencias en la abundancia entre campos Bt y campos no Bt

• No hay diferencias en la riqueza de especies entre campos Bt y no Bt .

• No hay diferencias en la composición de especies entre campos Bt y no

Bt .

• Diferencias en actividad (como expresión de abundancia) de coleópteros

terrestres entre campos Bt y no Bt , durante una de dos campañas. No

hubo diferencias en la segunda campaña.

• Mayor actividad individual de coleópteros predadores en campos no Bt

(no como población).

• Mayor abundancia de parasitoides de áfidos en el verano que en el

invierno.

Resultados

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Principales efectos detectados

• Los resultados de la revisión de > 60 studios evaluados no

indican, empleando los parámetros antes mencionados,

efectos significativos sobre la abundancia, riqueza o

diversidad de los insectos estudiados, en plantas Bt en

comparación con plantas no Bt .

• En un buen número de casos esta signif icancia es solo

estadística, esto es, está basada en un análisis estadístico

dentro del diseño experimental empleado.

• Este resultado general parece indicar un patrón de

comportamiento de los diferentes ensayos realizados en

condiciones de campo, sin embargo, estos resultados no

deben considerarse conclusivos pues corresponden a otras

regiones, cult ivares, faunas o sistemas de cult ivo.

Resultados

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Priorización de los grupos de la entomofauna nativa

Familias Géneros Familias Géneros

COLEOPTERA 22 105 22 103 Pobre Intermedia Alta

COLLEMBOLA 13 33 Pobre Menor Alta

DERMAPTERA 1 1 Regular Menor Baja

DIPTERA 18 1 13 33 Pobre Elevada Alta

HEMIPTERA 10 18 22 69 Aceptable Intermedia Media

HYMENOPTERA 19 6 19 79 Aceptable Elevada Alta

LEPIDOPTERA 3 3 12 46 Regular Menor Baja

NEUROPTERA 2 2 3 9 Aceptable Intermedia Media

ORTHOPTERA 1 1 3 8 Pobre Menor Baja

PSOCOPTERA 1 1 Pobre Menor Baja

THYSANOPTERA 2 2 2 8 Aceptable Menor Baja

(*) Referido unicamente a l conocimiento de los insectos asociados con los cul tivos .

(**) Referido unicamente para la mayoría de las especies regis tradas en la base de datos .

En análisis de

OVM

(internacional)

En estudios de

LB (nacional)

Orden PRIORIDADEstado del

conocimiento*

Importancia

como

enemigos

naturales**

Resultados

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xxx

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5. Recomendaciones

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Recomendaciones

• Realizar un estudio detallado de los registros de

especies y grupos de especies de la entomofauna

asociada con los cult ivos de algodón y de maíz,

basado en las principales colecciones entomológicas

que se encuentran en el país.

Recomendaciones

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Recomendaciones

• Definir, con base en la información varietal, de

superf icie cult ivada, product ividad, aspectos culturales

y aquellos asociados de la agrobiodiversidad; zonas de

interés especial para estos cultivos desde el punto de

vista de los transgénicos y de la biota local

• En el caso del algodón se podría considerar

inicialmente Lambayeque/Piura, Ica y Tarapoto. En el

caso del maíz se podía incluir a Huaral/Chancay, Cusco

y Huancayo.

Recomendaciones

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Recomendaciones

• Identif icar, dentro de las áreas de interés especial,

actores académicos (universidades, inst itutos de

investigación, especialistas) que podrían part icipar

como ejecutores de este programa de monitoreo y

evaluación.

• Seleccionar, calibrar y def inir protocolos de monitoreo

de la entomofauna nativa asociada a los cult ivos de

algodón y de maíz, que puedan ser empleados de

manera consistente y uniforme en la ejecución de

programa de monitoreo y evaluación.

Recomendaciones

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